零质量射流及其在流场主动控制中的应用探讨

摘要

作为一种新兴的主动流动控制技术，近年来零质量射流得到了广大科技工作者的广泛关注，并日益成为国际上研究的热点问题之一。本文以实验研究为主，结合数值模拟，就零质量射流激励器几何和激励参数对射流流场的影响进行了较详细地研究和分析，并对将零质量射流应用于超声速流场主动控制中的可行性作了初步探索。 实验利用结合相位锁定技术的PIV系统，从瞬时和平均流场两方面对零质量射流流场进行了分析，揭示了零质量射流流场的特点及与常规射流的区别。重点讨论了激励频率、功率放大器参数、激励器出口厚度、圆形出口孔径、激励器出口形状等几何和激励参数对射流流场的影响，结果对激励器设计和优化具有指导意义。在单出口零质量射流研究的基础上，以圆形出口双射流组为主，讨论了射流间距对射流组融合和发展过程的影响。最后对矩形出口和圆形出口的平行多射流组流场进行了初步分析，并将它们和单出口的射流流场进行了比较。 数值模拟采用FLUENT软件、结合UDF函数，对零质量射流在改善过膨胀状态下非对称喷管性能的应用进行了初步探索。通过改变激励幅值、零质量射流角度、激励位置以及激励器腔体体积等参数，来考察上述不同参数时，喷管分离区、推力以及升力的变化。研究发现，当采用第二种激励器腔体体积、激励器幅值为20m/s时，在一个激励周期内，零质量射流使得喷管的推力和升力增加了约1.8％和3％。